《材料力學(xué)性能》課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法改革研究

王淑花，李學(xué)偉，徐家文，孫儉峰

（黑龍江科技大學(xué)材料學(xué)院，黑龍江哈爾濱150022）

材料力學(xué)性能的真正發(fā)揮直接關(guān)系到各種產(chǎn)品的質(zhì)量及使用壽命，要想真正地發(fā)揮出材料力學(xué)性能潛能，就需要產(chǎn)品設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)者真正掌握有關(guān)材料力學(xué)性能的基本理論知識，以及材料在各種使用條件下的失效形式，并能對不同失效產(chǎn)生的原因進(jìn)行理論分析，針對分析結(jié)果采取有效的改進(jìn)手段進(jìn)一步提高材料的力學(xué)性能，更好地滿足使用性能要求，延長使用壽命。因此需要學(xué)生很好地掌握有關(guān)材料力學(xué)性能的基本知識是極其重要的。

一、材料力學(xué)性能課程目前教學(xué)存在的問題

目前，材料力學(xué)性能課程的教學(xué)內(nèi)容主要覆蓋金屬、非金屬兩大部分，其中非金屬內(nèi)容大約占全部內(nèi)容的三分之一，而實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用非金屬制作機(jī)器零件應(yīng)用其力學(xué)性能的很少，絕大部分仍然以金屬材料的應(yīng)用為主；同時(shí)這門課程的實(shí)際教學(xué)學(xué)時(shí)也不足，教師只能提高講課速度來保證完成教學(xué)內(nèi)容，但是學(xué)生的聽課質(zhì)量不能完全保證，有很多學(xué)生跟不上，整體學(xué)習(xí)效果不理想。因此我們要對這門課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。

另外目前，這門課程在教學(xué)方法上，主要是教師課堂以板書的形式講解為主，同時(shí)結(jié)合一些多媒體圖片放映的形式，但是對于各種性能測試的具體實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)過程沒有動態(tài)過程，只是單獨(dú)地結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)備圖講解比較抽象，學(xué)生很難完全理解，并耗費(fèi)時(shí)間；還有不同形式的斷口形貌分析圖片，形式比較單一，沒有結(jié)合具體實(shí)效形式來分析；力學(xué)計(jì)算也比較抽象，學(xué)生很難想象出具體的裂紋形式在不同受力情況下的裂紋擴(kuò)展方式如何；由于學(xué)生難以理解就會使學(xué)生逐漸失去學(xué)習(xí)興趣，影響學(xué)習(xí)效果。再有就是教學(xué)學(xué)時(shí)在不斷壓縮，在極其有限的教學(xué)學(xué)時(shí)內(nèi)達(dá)到面面俱到的詳細(xì)講解所有內(nèi)容很難實(shí)現(xiàn)，這就更加難以保證教學(xué)效果。因此，如何在現(xiàn)有的學(xué)時(shí)下提高教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是當(dāng)前必須解決的問題［1］。

二、材料力學(xué)性能課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，把“金屬材料的力學(xué)性能”部分內(nèi)容作為主要內(nèi)容，在這部分內(nèi)容中金屬的磨損和腐蝕內(nèi)容只詳細(xì)講解疲勞磨損和應(yīng)力腐蝕斷口特征，對于磨損形式、機(jī)理、氫脆和應(yīng)力腐蝕內(nèi)容可以簡單介紹一下即可，對于其他內(nèi)容要在現(xiàn)有的學(xué)時(shí)內(nèi)采取有效的教學(xué)方法進(jìn)行詳細(xì)講解，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。對于“非金屬材料的力學(xué)性能”部分內(nèi)容作為了解性內(nèi)容，以學(xué)生自學(xué)，教師考核的方式進(jìn)行。

三、材料力學(xué)性能課程教學(xué)方法的改革

1.現(xiàn)場教學(xué)或利用多媒體動畫模擬現(xiàn)場教學(xué)

對于“金屬材料在不同受力條件下的力學(xué)性能”部分內(nèi)容，在有實(shí)驗(yàn)條件的情況下要采取現(xiàn)場教學(xué)的方式進(jìn)行，教師現(xiàn)場操作各個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，邊操作邊講解，這樣非常直觀，把抽象的內(nèi)容直觀化，學(xué)生很容易理解掌握，并且不易忘記，效果會非常好。但是對于沒有實(shí)驗(yàn)條件的情況下，可以利用多媒體動畫的方式模擬整個(gè)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行過程讓學(xué)生觀看，也能達(dá)到一樣的效果。對于“不同裂紋在不同受力條件下的擴(kuò)展斷裂”部分內(nèi)容也要采取多媒體動畫模擬形式進(jìn)行，模擬不同裂紋在不同受力條件下擴(kuò)展的動態(tài)過程，以及在整個(gè)過程中裂紋前沿基體金屬的變形過程，從而讓學(xué)生掌握斷口的形成過程，這樣使非常抽象的內(nèi)容簡單化、易理解，提高教學(xué)效果［2］。

對于應(yīng)力腐蝕和氫致延滯斷裂內(nèi)容，可以采取多媒體動畫模擬方式進(jìn)行講解，直接反應(yīng)鈍化膜破裂后形成腐蝕裂紋沿著試樣深度方向擴(kuò)展的動態(tài)過程和氫致延滯斷裂的動態(tài)過程，增強(qiáng)學(xué)生的理解，進(jìn)一步提高課堂授課效果。

2.案例式教學(xué)

對于各種“斷口分析”內(nèi)容，可以采用案例式教學(xué)，任課教師收集不同使用條件下的失效斷口零件和斷口宏觀、微觀形貌圖片，利用實(shí)物和圖片的形式結(jié)合其使用條件分析其斷裂過程、斷口形成的原因，并根據(jù)分析結(jié)果分析提高相應(yīng)使用條件下的力學(xué)性能方法，為學(xué)生今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)和實(shí)際工作積累經(jīng)驗(yàn)。

對于在不同靜載荷下的力學(xué)性能，當(dāng)載荷條件不變時(shí)，只改變環(huán)境條件，則力學(xué)性能應(yīng)有何變化的問題，任課教師可以結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)做一些這方面的具體實(shí)驗(yàn)，積累一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)斷口形貌圖片，在課堂上講解，擴(kuò)大學(xué)生的知識視野，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生如何分析問題的能力，有利于學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

3.開通網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺

由于教學(xué)學(xué)時(shí)有限，不能對所有的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)講解，如“非金屬材料的力學(xué)性能”這部分內(nèi)容完全可以讓學(xué)生利用課余時(shí)間上網(wǎng)自己學(xué)習(xí)，教師利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺對學(xué)生進(jìn)行考核，并把這一考核納入本課程的最終考核中，這樣可以不占用課堂教學(xué)時(shí)間，又完成了教學(xué)內(nèi)容。

教師還可以將教學(xué)課件、電子教案和教學(xué)錄像傳到網(wǎng)絡(luò)平臺上，供學(xué)生業(yè)余時(shí)間學(xué)習(xí)使用，同時(shí)開通網(wǎng)絡(luò)教學(xué)也為學(xué)生自學(xué)和復(fù)習(xí)提供了很好的空間，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源中有很多習(xí)題，學(xué)生可以通過做題對所學(xué)過的內(nèi)容及時(shí)鞏固，提高學(xué)習(xí)效果［2］。

4.實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)由原來的演示性實(shí)驗(yàn)改為綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)由學(xué)生自己設(shè)計(jì)方案，自己動手操作，完成過程以小組的形式進(jìn)行，每組4人。這樣通過學(xué)生自己實(shí)際操作加深了學(xué)生對相關(guān)的基礎(chǔ)知識的理解掌握，同時(shí)掌握了具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課的興趣，提高了實(shí)驗(yàn)效果［3，4］。

5.考核方式

“材料力學(xué)性能”課程是金屬材料工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，里面含有一部分重點(diǎn)知識為各種實(shí)驗(yàn)方法的應(yīng)用，比如拉伸實(shí)驗(yàn)、沖擊實(shí)驗(yàn)、硬度測試，這些實(shí)驗(yàn)方法需要學(xué)生實(shí)際動手去做才能真正掌握。而原來理論課程考核方式中沒有實(shí)驗(yàn)成績考核，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)不夠重視，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中應(yīng)用的理論知識得不到充分的應(yīng)用和掌握。現(xiàn)考核方式中把實(shí)驗(yàn)成績納入理論課程考核的總成績中，目的是提高學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課程的重視程度，通過實(shí)驗(yàn)也能加強(qiáng)學(xué)生對理論知識的理解和應(yīng)用。具體實(shí)施方案是：平時(shí)成績（包括出勤、課堂提問、作業(yè)，各占10%）占30%，實(shí)驗(yàn)成績占10%，期末考試（采用閉卷考試）占60%，三部分成績綜合評定出本課程的總成績。

四、結(jié)論

“材料力學(xué)性能”課程通過改革提高了學(xué)生課堂聽課的積極性和學(xué)習(xí)的主動性，學(xué)生沒有了曠課現(xiàn)象，課堂討論時(shí)學(xué)生能主動提出問題，說明學(xué)生能夠主動思考，分析問題了；學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課的態(tài)度更加認(rèn)真，效果明顯提高。同時(shí)也可以通過今年上半年學(xué)生期末考試成績體現(xiàn)出學(xué)生對本門課程的學(xué)習(xí)效果有很大提高，不及格率明顯下降，學(xué)生總體成績有很大的提升。

通過改革可以在給定的學(xué)時(shí)內(nèi)高質(zhì)量地完成教學(xué)任務(wù)，并且能使學(xué)生在實(shí)踐上也得到一定的訓(xùn)練，提高了學(xué)生分析問題的能力，加強(qiáng)了學(xué)生對理論知識的理解掌握。

［1］李學(xué)偉，王振廷，徐家文等.大工程背景下機(jī)械工程材料課程建設(shè)的探索［J］.黑龍江冶金，2009，04（29）：64-65.

［2］王淑花.《熱處理設(shè)備》課程教學(xué)方法改革研究［J］.黑龍江教育，2013，（4）：55.

［3］陳洪玉，王振廷，徐家文等.利用數(shù)碼金相互動教學(xué)系統(tǒng)提高學(xué)生綜合能力［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，1（29）：111-112.